CN102928491A - 微量氧分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的微量氧分析仪，包括：传感器组合和气路组合，所述气路组合内部各部件之间、以及所述气路组合与所述传感器组合之间均采用硬连接方式连通。通过改进气路组合内部各部件之间、以及气路组合与传感器组合之间的密封结构，提高了微量氧分析仪对氧气浓度的检测精度。

Description

微量氧分析仪

技术领域

本发明涉及分析仪器仪表领域，尤其涉及一种微量氧分析仪。

背景技术

氧分析仪是气体领域必备的分析仪表，已经广泛应用于化学工业、冶金工业、环境监测、医疗卫生、航空航天、电子工业等领域中。根据检测范围的不同，氧分析仪可分为百分含量氧分析仪和微量氧分析仪。其中百分含量氧分析仪按原理可分为电化学原理、氧化锆原理和顺磁式原理。微量氧分析仪按原理可分为电化学式原理和氧化锆原理。目前，百分含量氧分析仪表多为便携式仪表，具有体积小、操作简便、价格低廉的优势；微量氧分析仪以在线和研究仪表居多，其中的电化学原理微量氧分析仪具有响应快、准确度高的优点。

其中，电化学原理是指：仪器的传感器是一只由固体电解质和仅对氧敏感的Ag-Pb电极构成的碱性原电池，当样气中的氧分子通过渗透膜渗透进入原电池时，在电极上产生如下反应：

银（Ag）阴极上：O₂₊2H₂O+4e←4OH^-

铅（Pb）阳极上：2Pb+2KOH+4OH^--4e→2KHPbO₂

因此，当样气中的氧分子通过渗透膜渗透进入原电池时，则在原电池的阴极和阳极产生了得失电子，若原电池的阴阳极形成闭合回路，则回路中有电流流过，其电流的大小随氧浓度的大小而变化，因此只要测得原电池回路中的电流值，即可知样气中的氧浓度值。

目前，基于电化学原理的微量氧分析仪一般由气路组合、传感器组合、信号处理电路以及显示组件等组成。气体由分析器的气路入口进入，然后进入传感器组合中，在传感器组合中，氧分子通过渗透膜渗透进入传感器时，则在传感器的阴极和阳极产生了得失电子，若传感器的阴阳极形成闭合回路，则回路中有电流流过，其电流的大小随氧浓度的大小而变化，因此只要通过信号处理电路测得回路中传感器的电流值，即可知气体的氧浓度值。

目前，微量氧分析仪在气路上一般采用不锈钢管连接，在接口连接处采用O型密封圈密封方式，发明人在工作过程中，经过认真的分析发现，O型密封圈对环境氧的渗入效应没有很好的抑制作用，且对微量氧也会产生一定的解析吸附效应，从而最终影响微量氧分析仪的对氧气浓度的检测精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的微量氧分析仪。通过改进气路组合内部各部件之间、以及气路组合与传感器组合之间的密封结构，提高了微量氧分析仪对氧气浓度的检测精度。

本发明提供的微量氧分析仪，包括：传感器组合和气路组合，所述气路组合内部各部件之间、以及所述气路组合与所述传感器组合之间均采用硬连接方式连通。

进一步：所述气路组合包括：进气管、出气管、气体入口接头和气体出口接头，所述传感器组合包括：传感器气体入口接头和传感器气体出口接头；所述进气管的两端分别通过金属卡套与所述气体入口接头和传感器气体入口接头连通，所述出气管的两端分别通过金属卡套与所述气体出口接头和传感器气体出口接头连通。

进一步：所述传感器组合还包括：传感器本体和传感器，所述传感器气体入口接头和传感器气体出口接头固定在所述传感器本体的外壁上，所述传感器本体内部具有一与所述传感器的大小一致的置物空间，所述传感器安装在所述置物空间内。

进一步：所述传感器本体包括：传感器池、传感器盖和密封圈，所述传感器池内部具有第一腔体和第二腔体，所述第二腔体位于所述第一腔体内，且所述第二腔体的内壁形成所述置物空间，当所述传感器盖盖在所述传感器池上时，所述传感器盖将所述第二腔体封闭，且所述传感器盖与所述第一腔体的底面通过密封圈密封。

进一步：所述传感器组合还包括：热敏电阻，所述传感器盖的内部具有一热敏电阻安装孔，所述热敏电阻固定在所述热敏电阻安装孔内。

进一步：还包括：信号处理电路，所述传感器盖上具有一信号导线连接孔，信号导线的输入端与所述传感器和热敏电阻连接，输出端穿过所述信号导线连接孔与所述信号处理电路连接。

进一步：所述信号处理电路包括：顺序连接的电流电压转换电路、运算放大电路、低通滤波电路、温度补偿电路、调零电路和量程调节电路。

进一步：还包括：显示组件，所述显示组件连接至所述信号处理电路，用于接收所述信号处理电路输至的氧气浓度值信号，并显示。

本发明的有益效果：

由于气路组合内部各部件之间、以及气路组合与传感器组合之间均采用硬连接方式连通，而硬连接方式相较于O型密封圈的密封方式，可以很好地抑制环境氧的渗入效应，也可以很好地降低气路对微量氧的解析吸附效应，从而提高微量氧分析仪对氧气浓度的检测精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的微量氧分析仪的实施例的结构示意图。

图2是本发明的气路组合和传感器组合的实施例的结构示意图。

图3是本发明的传感器组合的实施例的结构示意图。

图4是本发明的信号处理电路的实施例的结构示意图。

图5是本发明的显示组件的实施例的结构示意图。

具体实施方式

请参考图1，是本发明的微量氧分析仪的实施例的结构示意图，该微量氧分析仪可以应用于化学工业、冶金工业、环境监测、医疗卫生、航空航天、电子工业等领域中，用于对氧气浓度进行检测。该微量氧分析仪包括：机箱主体101、气路组合1、传感器组合2、信号处理电路3和显示组件4。气路组合1、传感器组合2、信号处理电路3和显示组件4顺序连接，且均通过螺接或卡接等方式固定在机箱主体内。

当测量氧气浓度时，将待测气体通过气路组合1进入传感器组合2中，在传感器组合2中，氧分子通过渗透膜渗透进入传感器，传感器的阴极和阳极产生得失电子，形成闭合回路，回路中有电流流过，其电流的大小随氧浓度的大小而变化，通过信号处理电路3可以测得气体中氧浓度值，并通过显示组件4进行显示。另外，经过传感器组合2的气体最终也通过气路组合1中排出。

在本实施例中，气路组合1内部各部件之间、以及气路组合1与传感器组合2之间不再采用O型密封圈的方式密封，而是采用硬连接方式连通。采用硬连接方式密封的好处在于：可以很好地抑制环境氧的渗入效应，也可以很好地降低气路对微量氧的解析吸附效应，从而提高微量氧分析仪对氧气浓度的检测精度。

下面分别对微量氧分析仪中各部件进行说明。

如图2和3所示，气路组合1包括：进气管11、出气管12、气体入口接头13和气体出口接头14，传感器组合2包括：传感器气体入口接头23和传感器气体出口接头24。其中，气体入口接头13和气体出口接头14均固定在机箱主体的后面板5上，进气管11的两端分别通过金属卡套15与气体入口接头13和传感器气体入口接头23连通，出气管12的两端分别通过金属卡套15与气体出口接头14和传感器气体出口接头24连通。优选地，上述各部件均采用不锈钢材质制造，通过金属部件之间的相互挤压实现接口处不发生气体的渗漏。上述结构中，气路组合1的结构简单，整个气路组合1的零部件都可以为不锈钢金属材质，密闭性好，可有效降低环境氧的渗入，减少气路对微量氧的吸附效应。

如图3所示，传感器组合2除了上述提及的传感器气体入口接头23和传感器气体出口接头24外，还包括：传感器本体200和传感器26。在一种实施方式中，传感器本体包括：传感器池21和传感器盖22。其中，传感器气体入口接头22和传感器气体出口接头24可以是固定在传感器本体（例如：传感器池21）的外壁上。在传感器本体内部具有一与传感器26的大小一致的置物空间，传感器26安装在该置物空间内。需要说明的是，该置物空间为一封闭空间，置物空间与传感器26的大小一致是指当传感器安装到该置物空间内，该置物空间几乎没有空余空间，如此设置的原因在于：现有的微量氧分析仪由于结构复杂，一般空间死体积较大，空间死体积是指：分析仪器气路中，未被固定相（固定物质）占据的空间，也就是不被固定相滞留的组分，从进样到出现最大峰值所需的流动相体积。而空间死体积越大将导致下氧速度慢、测量时数据波动大等问题，下氧速度是指：由于环境中氧气的浓度较大，在仪器投入使用前，仪器中氧的浓度往往接近环境中氧气浓度，为了实现微量氧的测量，通常通入氮气将氧气排出到仪器外，直到仪器中氧含量低于0.5PPM，再投入使用，这个排氧过程所需的时间长短即为下氧速度。采用上述的传感器组合2结构，可以减少空间死体积，避免氧残留在传感器组合中，有效地解决下氧速度慢、测量时数据波动大等问题。进一步，传感器池21内部具有一第一腔体29和一第二腔体201，第二腔体201位于第一腔体29内，且第二腔体201的内壁形成上述的置物空间。当传感器盖22盖在传感器池21上时，传感器盖22将第二腔体201封闭，形成密闭结构。另外，传感器盖22与第一腔体29的底面通过密封圈25（例如：O型密封圈）密封。如图3所示，传感器盖22除了具有与传感器池21配合的结构处，在其内部还具有一热敏电阻安装孔28，用于安装热敏电阻，热敏电阻的作用是感知传感器组合2的温度变化情况。在传感器盖22上还具有一信号导线连接孔27，用于连接传感器组合2和信号处理电路3的信号导线的输入端连接至热敏电阻和传感器26，输出端穿过信号导线连接孔27连接至信号处理电路，用于将热敏电阻感知的传感器组合2的温度变化信号和传感器26的传感器信号输至信号处理电路3。上述中，由于传感器本体可以由传感器池21和传感器盖22形成，且传感器池21和传感器盖22通过密封圈25密封，使得传感器本体具有拆装灵活，传感器26更换方便等优点，为传感器组合的维护工作带来了方便，并且上述结构简单，在设计中严格遵循最小空间死体积的设计原则，因此可以大程度地降低空间死体积，提高下氧速度。

如图4所示，信号处理电路3包括：顺序连接的电流电压转换电路31、运算放大电路32、低通滤波电路33、温度补偿电路34、调零电路35和量程调节电路36。其中，电流电压转换电路31将传感器输出的电流信号转换成电压信号，运算放大电路32将电压信号放大后再通过低通滤波电路33将可能出现的干扰信号消除，温度补偿电路34对信号进行补偿，降低温度对检测信号的影响，调零电路35有效解决电路输入为零时输出不为零的问题，量程调节电路36可有效稳定量程切换时信号的输出范围。图示中，通过在信号处理电路3中增加温度补偿电路34的原因在于：现有中，为了消除周围环境温度对电化学式微量氧分析仪的传感器信号输出的影响，以往的分析仪采用恒温控制的方法让传感器组合恒定在一个温度下，此温度一般要求高于环境温度，通常选择在50-60℃之间，虽然传感器控制在50-60℃之间时，传感器能够正常工作，但是由于传感器长期工作在高温状态下，因此传感器的使用寿命大大降低。而本实施例通过在信号处理中采用温度补偿电路34来减少环境温度对微量氧分析仪中传感器的影响，这样既保证了仪器的检测精度不受温度的影响，同时也延长了传感器的使用寿命。具体实现时，传感器组合2工作在环境温度下，由热敏电阻将传感器组合2的温度信号传递给信号处理电路3，信号处理电路3中的温度补偿电路34根据来自热敏电阻的温度信号对传感器信号进行补偿。

如图5所示，显示组件4包括：模数转换电路41、控制单元（如：CPU）42、显示屏43和键盘44。其中，模数转换电路41将信号处理电路3输出的模拟信号（如：氧气浓度值信号）转换成控制单元42能够处理的数字信号，控制单元42将数字信号再进行分析处理后显示在显示屏43上，键盘44可对显示参数进行设置。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种微量氧分析仪，包括：传感器组合和气路组合，其特征在于：所述气路组合内部各部件之间、以及所述气路组合与所述传感器组合之间均采用硬连接方式连通。

2.如权利要求1所述的微量氧分析仪，其特征在于：所述气路组合包括：进气管、出气管、气体入口接头和气体出口接头，所述传感器组合包括：传感器气体入口接头和传感器气体出口接头；所述进气管的两端分别通过金属卡套与所述气体入口接头和传感器气体入口接头连通，所述出气管的两端分别通过金属卡套与所述气体出口接头和传感器气体出口接头连通。

3.如权利要求2所述的微量氧分析仪，其特征在于：所述传感器组合还包括：传感器本体和传感器，所述传感器气体入口接头和传感器气体出口接头固定在所述传感器本体的外壁上，所述传感器本体内部具有一与所述传感器的大小一致的置物空间，所述传感器安装在所述置物空间内。

4.如权利要求3所述的微量氧分析仪，其特征在于：所述传感器本体包括：传感器池、传感器盖和密封圈，所述传感器池内部具有第一腔体和第二腔体，所述第二腔体位于所述第一腔体内，且所述第二腔体的内壁形成所述置物空间，当所述传感器盖盖在所述传感器池上时，所述传感器盖将所述第二腔体封闭，且所述传感器盖与所述第一腔体的底面通过密封圈密封。

5.如权利要求4所述的微量氧分析仪，其特征在于：所述传感器组合还包括：热敏电阻，所述传感器盖的内部具有一热敏电阻安装孔，所述热敏电阻固定在所述热敏电阻安装孔内。

6.如权利要求5所述的微量氧分析仪，其特征在于：还包括：信号处理电路，所述传感器盖上具有一信号导线连接孔，信号导线的输入端与所述传感器和热敏电阻连接，输出端穿过所述信号导线连接孔与所述信号处理电路连接。

7.如权利要求6所述的微量氧分析仪，其特征在于：所述信号处理电路包括：顺序连接的电流电压转换电路、运算放大电路、低通滤波电路、温度补偿电路、调零电路和量程调节电路。

8.如权利要求7所述的微量氧分析仪，其特征在于：还包括：显示组件，所述显示组件连接至所述信号处理电路，用于接收所述信号处理电路输至的氧气浓度值信号，并显示。

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